淺談從1D視覺系統(tǒng)到3D機器視覺系統(tǒng)

1D視覺系統(tǒng)

 1D視覺每次分析一條掃描線的數(shù)字信號，而不是馬上查看整個圖像，如評估新采集的10條掃描線組與先前采集的掃描線組之間的差異。如下圖所示，這種技術(shù)通常用于在連續(xù)制造流程中檢測所生產(chǎn)的材料（如紙張、金屬、塑料和其他非紡織片材或卷材）是否存在缺陷，并對缺陷進行分類。

▲ 在流程持續(xù)運行的過程中，1D視覺系統(tǒng)每次掃描一條線，在上面的示例中，一維視覺系統(tǒng)檢測到該片材的一個缺陷

2D視覺系統(tǒng)

大多數(shù)常見的檢測相機執(zhí)行的都是面陣掃描，如下圖所示，需要采集不同分辨率的2D快照。另一種類型的2D機器視覺執(zhí)行的也是線掃描，如下面的圖12所示，通過線掃描創(chuàng)建一個二維圖像。

▲ 2D視覺系統(tǒng)可以生成不同分辨率的圖像

▲ 線掃描技術(shù)是指通過每次掃描一條線來創(chuàng)建2D圖像

面陣掃描與線掃描

在某些應(yīng)用中，相比面陣掃描系統(tǒng)，線掃描系統(tǒng)具有特定的優(yōu)勢。舉例來說，檢測圓形或柱形元件時，可能需要使用多臺面陣掃描相機，才能覆蓋到元件的整個表面。但如果我們將元件置于一臺線掃描相機前面，然后旋轉(zhuǎn)元件，通過這種方式將圖像展開，我們可以采集到整個表面的圖像。而且，線掃描相機也更容易安裝到狹小的應(yīng)用空間，舉例來說，在相機必須通過輸送帶上的滾軸來查看元件底部的情況下。另外，相比傳統(tǒng)相機，線掃描系統(tǒng)通常也能夠提供高得多的分辨率。由于線掃描系統(tǒng)需要元件進行運動來創(chuàng)建圖像，它們通常非常適合用于檢測處于連續(xù)運動狀態(tài)的產(chǎn)品。

▲ 線掃描相機能夠：（a.）展開柱形物品以進行檢測，（b.）將視覺系統(tǒng)安裝到空間狹小的應(yīng)用環(huán)境中，（c.）滿足高分辨率檢測要求，以及（d.）檢測處于連續(xù)運動狀態(tài)的物品

3D視覺系統(tǒng)

3D機器視覺系統(tǒng)通常由多臺相機或者一臺或多臺激光位移傳感器組成。在機器人引導(dǎo)應(yīng)用中，由多臺相機組成的3D視覺系統(tǒng)能夠向機器人提供元件方位信息。這類系統(tǒng)需要將多臺相機安裝在不同的位置，在3D空間內(nèi)，在物品位置上對物品形成“三角”包圍狀態(tài)。

▲ 3D視覺系統(tǒng)通常采用多臺相機

▲ 僅采用一臺相機的3D檢測系統(tǒng)

相比之下，3D激光位移傳感器應(yīng)用通常包括表面檢測和體積測量，僅使用一臺相機就可以提供3D檢測結(jié)果。通過物品上反射的激光位置位移來生成高度圖。與線掃描技術(shù)相似的是，使用這種技術(shù)時，必須移動物品或相機，才能掃描到整個產(chǎn)品。位移傳感器配備有已標(biāo)定的位移激光器，能夠測量表面高度和平面等參數(shù)，并且可達到20μm級精度。上面的圖15顯示了一臺3D激光位移傳感器，正在檢測剎車片表面是否存在缺陷。